(57)【要約】【課題】透明導電膜から剥離し難く、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定した、廉価な、柱状スペーサー付きカラーフィルタ、及びその製造方法を提供する。【解決手段】下地層に凹面部７０Ｂを有し、下地層の上面７０Ａ及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成したことにより、その上端部で、上面と凹面部の段差に応じた高低差ΔＨ５を有する２種の柱状スペーサーＣＳ−１ｅ、ＣＳ−２ｅ付きカラーフィルタ。下地層は、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いた層で、凹面部は該層へのフォトマスクＰＭ５を介した露光、及び加熱処理により設けた凹面部である。下地層がオーバーコート層である。【選択図】図９
2010282048.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
柱状スペーサー付きカラーフィルタにおいて、該柱状スペーサーを形成する下地層に凹面部が設けられており、該下地層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成したことにより、形成された柱状スペーサーは、その上端部で該上面と凹面部の段差に応じた高低差を有する２種の柱状スペーサーからなることを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタ。
【請求項２】
前記下地層が、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素を順次に形成した後に積層形成された保護層（オーバーコート層）であることを特徴とする請求項１記載の柱状スペーサー付きカラーフィルタ。
【請求項３】
前記下地層は、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いた層であり、凹面部は該層へのフォトマスクを介した露光、及び加熱処理により設けられた凹面部であることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の柱状スペーサー付きカラーフィルタ。
【請求項４】
柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法において、  
１）ガラス基板上に、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いて下地層用の塗膜を形成する工程、
２）該塗膜上の、凹面部の形成に対応した部位にフォトマスクを介した露光を与える工程、
３）該露光を与えた塗膜に加熱処理を施し、フォトマスクを介して露光された部位を凹面部とし、凹面部を有する下地層を形成する工程、
４）該凹面部を有する下地層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成する工程、
を少なくとも具備することを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法。
【請求項５】
前記下地層が、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、保護層（オーバーコート層）が順次に形成された、該保護層（オーバーコート層）であることを特徴とする請求項４記載の柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置用のカラーフィルタに関するものであり、特に、高さの異なる２種の柱状スペーサーが同時に形成されたカラーフィルタであって、第二柱状スペーサーが剥離し難く、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定した、廉価な柱状スペーサー付きカラーフィルタ、及び該カラーフィルタの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置などの表示装置において、カラー表示、反射率の低減、コントラストの調整、分光特性制御などの目的にカラーフィルタを用いることは有用な手段となっている。この表示装置に用いられるカラーフィルタは、多くの場合、画素として形成され用いられる。表示装置に用いられるカラーフィルタの画素を形成する方法として、これまで実用されてきた方法には、印刷法、フォトリソグラフィ法などが挙げられる。
【０００３】
図１は、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの画素の一例を拡大して示す平面図である。また、図２は、図１に示すカラーフィルタの画素のＸ−Ｘ線における断面図である。図１、及び図２に示すように、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたものである。
【０００４】
液晶表示装置に用いられる上記カラーフィルタの製造方法としては、先ず、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）を形成し、次に、ブラックマトリックス（４１）が形成されたガラス基板上のブラックマトリックスのパターン（開口部）に位置合わせして着色画素（４２）を形成し、更に透明導電膜（４３）を形成するといった方法が広く用いられている。
【０００５】
ブラックマトリックス（４１）は遮光性を有し、その開口部にてガラス基板上での着色画素の位置を定め、大きさを均一なものとし、また、表示装置に用いられた際に、好ましくない光を遮蔽し、表示装置の画像をムラのない均一な、且つコントラストを向上させた画像にする機能を有している。このブラックマトリックス（４１）の形成は、例えば、ガラス基板（４０）上に、黒色フォトレジストの塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像によってブラックマトリックスを形成するといったフォトリソグラフィ法がとられている。
【０００６】
また、着色画素（４２）は、例えば、赤色、緑色、青色の色再現フィルタの機能を有するものであり、ブラックマトリックスが形成されたガラス基板（４０）上に、顔料などの色素を分散させたネガ型の着色フォトレジストの塗布膜を設け、この塗布膜へのフォトマスクを介した露光、現像によって着色画素を形成するといったフォトリソグラフィ法がとられている。
また、透明導電膜（４３）の形成は、着色画素が形成されたガラス基板上に、例えば、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）を用いスパッタ法によって透明導電膜を形成するといった方法がとられている。
【０００７】
上記方法により製造されたカラーフィルタは、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタとして基本的な機能を備えたものである。多様な液晶表示装置の実用に伴い、液晶表示装置に用いられるカラーフィルタには、上記基本的な機能に付随して、例えば、１）保護層（オーバーコート層）、２）スペーサー機能を有する柱状スペーサー（突起部）、３）
液晶の配向を制御する配向制御突起、４）透過表示の領域と反射表示の領域を通過する光の位相を揃えるための光路差調整層、５）反射表示の領域への光散乱層、などの種々な機能がカラーフィルタの用途、仕様にもとづき付加されるようになった。
【０００８】
図３は、高さの異なる２種の柱状スペーサーを設けた液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。図３に示すように、このカラーフィルタは、ガラス基板（４０）上にブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、透明導電膜（４３）、柱状スペーサーが順次に形成されたものである。
柱状スペーサーは、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）と第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）で構成されている。
【０００９】
第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）は基板間のギャップを設定している。この第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）は、パネルに荷重が加わると変形し、荷重が取り除かれると復元する。また、温度による液晶の熱膨張及び熱収縮に追従して変形する弾性を有している。
第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）は第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）より高さの低いフォトスペーサーである。この第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）は、パネルに過剰な荷重が加わった際に、その荷重を分散させ第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）の塑性変形、破壊を防ぐためのものである。
【００１０】
第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）の高さと、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）の高さの差（ΔＨ）は、略０．３μｍ程度が好ましいものとされており、高さの差（ΔＨ）の範囲としては、０．３〜０．５μｍ程度である。
【００１１】
図１、及び図２に示すカラーフィルタに図３に示す、柱状スペーサーが付加された仕様のカラーフィルタを製造する際に、例えば、特に耐荷重の大きな第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）を必要とするために、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）の形成には第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）の形成に用いるフォトレジストとは異なる材料のフォトレジストを用いることが考えられる。
【００１２】
この場合には、異なる２種の材料を用い、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１）を形成する工程と、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２）を形成する工程の２工程が追加され、所望する仕様のカラーフィルタを製造することになる。しかし、この方法は、２種の柱状スペーサーを設けたカラーフィルタを廉価に製造する方法とはいえない。
【００１３】
これに対し、図４は、基本となるカラーフィルタに柱状スペーサーを設けたカラーフィルタの他の例の断面図であるが、この柱状スペーサーは積層構造となっている。柱状スペーサーを構成する複数の層を着色画素の形成と同時に形成することによって、柱状スペーサーを形成するための上記工程を低減させ、柱状スペーサーを設けたカラーフィルタを廉価に製造することができる。
【００１４】
図４に示すように、この他の例として示す第一積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−１）は、ブラックマトリックス（４１）上に第一色目のドットパターン（Ｐ１）と、第二色目のドットパターン（Ｐ２）と、第三色目のドットパターン（Ｐ３）を積層した構成である。これらドットパターン（Ｐ１〜Ｐ３）は、各色の着色画素の形成と同時に形成されたものである。また、第二積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−２）は、第二色目のドットパターン（Ｐ２）と、第三色目のドットパターン（Ｐ３）を積層した構成である。
【００１５】
しかし、この方法の短所は、第一積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−１）の高さ（Ｈ９）が、各着色画素（２２）の高さによって制約を受ける点、及び第一積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−１）の高さと、第二積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−２）の高さの差（ΔＨ２）が、ドットパターンの層数に制約され、任意な高さの差（ΔＨ２）を有する第二積層柱状スペーサー（ＳＣＳ−２）を形成することが困難な点である。
【００１６】
さて、前記のように、柱状スペーサーを形成するフォトレジストとして、異なる２種の材料を用いずに、つまり、高価にならず、且つ、上記積層柱状スペーサーの短所を解決した、すなわち、任意な高さの差を有する第二柱状スペーサーを容易に形成することのできる方法としては、以下の第一〜第三の方法が挙げられる。
【００１７】
第一の方法は、一種のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する方法であるが、例えば、使用するフォトマスク上のパターン（開口部）を狭くして光強度を減らし、高さの低い柱状スペーサーを形成するといった方法である。図５は、第一の方法を説明する断面図である。図５に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にフォトレジスト層（６０）が形成され、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けてフォトマスク（ＰＭ１）が配置されている。
【００１８】
フォトマスク（ＰＭ１）には、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）及び第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）の形成に対応したパターン（開口部）が各々形成されている。フォトマスクの膜面（５１）はフォトレジスト層（６０）に対向している。図５は、ネガ型のフォトレジストが用いられた例である。
フォトマスク（ＰＭ１）上の、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ３）は、形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の幅と略同一である。
【００１９】
一方、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）より高さの低い第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ４）は、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ３）よりも狭い（Ｗ３＞Ｗ４）。これは、パターン（開口部）の幅を狭くして光強度を減らし、高さの低いフォトスペーサーを形成するためである。
【００２０】
フォトマスク（ＰＭ１）の上方からの露光光（Ｅ）は、フォトマスクの開口部を経てフォトレジスト層（６０）に照射されるが、幅（Ｗ３）を有する第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の形成に対応した開口部では、近接露光のギャップ（Ｇ）が充分にあると、照射される光は、開口部の下方のフォトレジスト層（６０）部分のみでなく、開口部端での回折により、フォトマスクの遮光部の下方にも達し、開口部端での光強度はその分だけ弱まり、図５中、点線で示す現像後の第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の形状は、高さ（Ｈ３）を有する台形状となる。
【００２１】
一方、幅（Ｗ４）を有する第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）の形成に対応した開口部では、照射される光の一部は開口部端での回折により、フォトマスクの遮光部の下方に達し、開口部の幅が狭いため開口部の下方のフォトレジスト層（６０）部分に照射される光強度は弱まったものとなっている。
従って、図５中、点線で示す現像後の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）の高さは、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の高さ（Ｈ３）より低い高さ（Ｈ４）を有したものとなる。
【００２２】
このような、同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第一の方法の長所は、フォトマスク上の開口部の幅の調節により所望する高さの第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）を得ることができるので、使用するフォトマスクの構造は単純であり、廉価な点である。
【００２３】
また、この第一の方法の短所は、ａ）第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）の幅（Ｗ４）が第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）の幅（Ｗ３）より狭いといった設計自由度が低い点、及び形成された幅の狭い第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）は透明導電膜（４３）上から剥離し易い点である。ｂ）また、フォトレジスト層（６０）への露光は、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｂ）が良好に形成されるように露光されるので、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）への露光は不足気味となり、硬化が十分にされないことがあり、適切な高さの差を有する第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｂ）を安定して形成する上で難点となる。
【００２４】
また、同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種のフォトスペーサーを同時に形成する第二の方法としては、例えば、使用するフォトマスクのパターン（開口部）に微細パターン（グレートーン）を設けて光強度を減らし、高さの低いフォトスペーサーを形成するといった方法が挙げられる。
図６は、第二の方法を説明する断面図である。図６に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にフォトレジスト層（６０）が形成され、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けてフォトマスク（ＰＭ２）が配置されている。
【００２５】
フォトマスク（ＰＭ２）には、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）及び第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の形成に対応したパターン（開口部）が各々形成されている。フォトマスクの膜面（５１）はフォトレジスト層（６０）に対向している。図６は、ネガ型のフォトレジストが用いられた例である。
形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の幅（Ｗ５）と、形成される第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の幅（Ｗ６）は略同一である。第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の高さ（Ｈ５）と、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の高さ（Ｈ６）の関係は、Ｈ５＞Ｈ６となっている。
【００２６】
フォトマスク（ＰＭ２）の、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ５）は、形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の幅と略同一である。
また、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）より高さの低い第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ６）は、形成される第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の幅と略同一である。
【００２７】
フォトマスク（ＰＭ２）の、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の形成に対応した開口部には微細パターン（グレートーン）（５２）が設けられている。高さ（Ｈ５）の第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の形成が良好になされるように、フォトレジスト層（６０）への露光が適正に行われた際に、高さ（Ｈ６）の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）への露光も適正に行われるように微細パターン（グレートーン）（５２）の濃度を設定する。微細パターン（グレートーン）（５２）としては、例えば、フォトマスクを製造する際に成膜したクロム膜をフォトエチングした微細パターンなどがあげられる。
【００２８】
幅（Ｗ６）を有する第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の形成に対応した開口部では、近接露光のギャップ（Ｇ）が充分にあると、開口部での照射される露光光（Ｅ）の強度は、略均一な強度の弱まった光となっているので、図６中、点線で示す現像後の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の高さ（Ｈ６）は、Ｈ５より低い高さを有したものとなる。
従って、図６中、点線で示す現像後の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の高さ（Ｈ６）は、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の高さ（Ｈ５）より低く、幅は略同一の幅を有したものとなる（Ｈ６＜Ｈ５、Ｗ６≒Ｗ５）。
【００２９】
このような、同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第二の方法の長所は、光強度の調節を微細パターン（グレートーン）（５２）の濃度によって行うので、適正に光硬化された第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）が形成され易い。また、開口部の幅（Ｗ６）は任意に設定する設計自由度がある。例えば、開口部の幅（Ｗ６）を、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の形成に対応した開口部の幅（Ｗ５）と略同一のものとすることができる。また、使用するフォトマスクは廉価である。
【００３０】
しかし、この第二の方法の短所は、近接露光のギャップ（Ｇ）のバラツキにより、露光光の光強度に差が生じ易く、フォトレジストの光硬化のバラツキによる密着の不安定さ（剥離し易さ）、及び高さのバラツキは大きくなり易く、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｃ）の高さと、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｃ）の高さの差（ΔＨ３）が不安定な点である。
【００３１】
また、同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種のフォトスペーサーを同時に形成する第三の方法としては、例えば、使用するフォトマスクのパターン（開口部）にハーフトーンを設けて光強度を減らし、或いは、フォトレジストを硬化する露光光の輝線を選択し高さの低いフォトスペーサーを形成するといった方法が挙げられる。
図７は、第三の方法を説明する断面図である。図７に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にフォトレジスト層（６０）が形成され、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けてフォトマスク（ＰＭ３）が配置されている。
【００３２】
フォトマスク（ＰＭ３）には、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）及び第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の形成に対応したパターン（開口部）が各々形成されている。フォトマスクの膜面（５１）はフォトレジスト層（６０）に対向している。図７は、ネガ型のフォトレジストが用いられた例である。
形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の幅（Ｗ７）と、形成される第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の幅（Ｗ８）は略同一である。第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の高さ（Ｈ７）と、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の高さ（Ｈ８）の関係は、Ｈ７＞Ｈ８となっている。
【００３３】
フォトマスク（ＰＭ３）の、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ７）は、形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の幅と略同一である。
また、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）より高さの低い第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ８）は、形成される第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の幅と略同一である。
【００３４】
フォトマスク（ＰＭ３）の、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の形成に対応した開口部にはハーフトーン（５３）が設けられている。高さ（Ｈ７）の第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の形成が良好になされるように、フォトレジスト層（６０）への露光が適正に行われた際に、高さ（Ｈ８）の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）への露光も適正に行われるようにハーフトーン（５３）の濃度を設定する。
ハーフートーン（５３）としては、紫外線を減衰させる薄膜、例えば、ＩＴＯなどの金属酸化物膜からなるハーフートーン、或いは、フォトマスクを製造する際に成膜したクロム膜をフォトエチングしたハーフートーンなどがあげられる。
【００３５】
幅（Ｗ８）を有する第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の形成に対応した開口部では、照射される光は、ハーフートーン（５３）によって強度の弱まった光となっているので、図７中、点線で示す現像後の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の高さ（Ｈ８）は、Ｈ７
より低い高さを有したものとなる。
従って、図７中、点線で示す現像後の第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）の高さ（Ｈ８）は、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の高さ（Ｈ７）より低く、幅は略同一の幅を有したものとなる（Ｈ８＜Ｈ７、Ｗ８≒Ｗ７）。
【００３６】
このような、同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第三の方法の長所は、光強度の調節をハーフートーン（５３）の濃度によって行うので、適正に光硬化された第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）が形成される。また、開口部の幅（Ｗ６）は任意に設定することができ設計自由度が高い。例えば、開口部の幅（Ｗ８）を、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｄ）の形成に対応した開口部の幅（Ｗ７）と略同一のものとすることができる。従って、透明導電膜（４３）から剥離し難く、適切な高さの差を有する第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｄ）を安定して形成できる点である。
【００３７】
また、この第三の方法の短所は、フォトマスク上の開口部にハーフートーンを設けるのでフォトマスクの構造は複雑であり高価な点である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００３８】
【特許文献１】特開２００８−１５８１３８号公報
【特許文献２】特開２００１−０５１２６６号公報
【特許文献３】特開２００９−００９０５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００３９】
本発明は、上記第一の方法〜第三の方法の問題を解決するためになされたものあり、同一のフォトレジストを用い、２種の柱状スペーサーが同時に形成されたカラーフィルタであって、１）第二柱状スペーサーの幅が狭くなることなく、従って、第二柱状スペーサーが透明導電膜上から剥離し難く、また硬化が十分に行われ、２）近接露光でのギャップのバラツキによる露光光の光強度に差が生ぜず、従って、第二柱状スペーサーが透明導電膜上から剥離し難く、また柱状スペーサーの高さのバラツキは小さく、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定し、３）フォトマスクの構造が単純であるために廉価となる、柱状スペーサー付きカラーフィルタを提供することを課題とするものである。
また、上記柱状スペーサー付きカラーフィルタを廉価に製造することできるカラーフィルタの製造方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００４０】
本発明は、柱状スペーサー付きカラーフィルタにおいて、該柱状スペーサーを形成する下地層に凹面部が設けられており、該下地層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成したことにより、形成された柱状スペーサーは、その上端部で該上面と凹面部の段差に応じた高低差を有する２種の柱状スペーサーからなることを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタである。
【００４１】
また、本発明は、上記発明による柱状スペーサー付きカラーフィルタにおいて、前記下地層が、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素を順次に形成した後に積層形成された保護層（オーバーコート層）であることを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタである。
【００４２】
また、本発明は、上記発明による柱状スペーサー付きカラーフィルタにおいて、前記下地層は、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いた層であり、凹面部は該層へのフォトマスクを介した露光、及び加熱処理により設けられた凹面部であることを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタである。
【００４３】
また、本発明は、柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法において、
１）ガラス基板上に、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いて下地層用の塗膜を形成する工程、
２）該塗膜上の、凹面部の形成に対応した部位にフォトマスクを介した露光を与える工程、
３）該露光を与えた塗膜に加熱処理を施し、フォトマスクを介して露光された部位を凹面部とし、凹面部を有する下地層を形成する工程、
４）該凹面部を有する下地層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成する工程、
を少なくとも具備することを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法である。
【００４４】
また、本発明は、上記発明による柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法において、前記下地層が、ガラス基板上にブラックマトリックス、着色画素、保護層（オーバーコート層）が順次に形成された、該保護層（オーバーコート層）であることを特徴とする柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法である。
【発明の効果】
【００４５】
本発明は、柱状スペーサーを形成する下地層、或いはオーバーコート層に凹面部が設けられており、下地層、或いはオーバーコート層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成したことにより、形成された柱状スペーサーは、その上端部で、上面と凹面部の段差に応じた高低差を有する２種の柱状スペーサーからなり、第二柱状スペーサーが透明導電膜上から剥離し難く、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定し、またフォトマスクの構造が単純であるために廉価な、柱状スペーサー付きカラーフィルタとなる。
【００４６】
また、本発明は、下地層、或いはオーバーコート層は、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いた層であり、凹面部は該層へのフォトマスクを介した露光、及び加熱処理により設けられた凹面部であるので、上面と凹面部の段差を容易に設けることができ、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定した柱状スペーサー付きカラーフィルタとなる。
【００４７】
また、本発明は、ガラス基板上に、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物を用いて下地層用、或いはオーバーコート層用の塗膜を形成する工程、凹面部の形成に対応した部位にフォトマスクを介した露光を与える工程、加熱処理を施しフォトマスクを介して露光された部位を凹面部とし、凹面部を有する下地層を形成する工程、凹面部を有する下地層、或いはオーバーコート層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成する工程、を少なくとも具備するので、上面と凹面部の段差を容易に設けることができ、第一柱状スペーサーの上端部と、第二柱状スペーサーの上端部の高低差が安定した柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法となる。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】液晶表示装置用カラーフィルタの画素の一例を拡大して示す平面図である。
【図２】図１に示すカラーフィルタの画素のＸ−Ｘ線における断面図である。
【図３】高さの異なる２種の柱状スペーサーを設けた液晶表示装置に用いられるカラーフィルタの一例を模式的に示した断面図である。
【図４】柱状スペーサーを設けたカラーフィルタの他の例の断面図である。
【図５】同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第一の方法の断面図である。
【図６】同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第二の方法の断面図である。
【図７】同一のフォトレジストを用い、高さの異なる２種の柱状スペーサーを同時に形成する第三の方法の断面図である。
【図８】（ａ）は、ガラス基板上に塗膜が形成された段階を表したものである。（ｂ）は、塗膜にフォトマスクを介した露光が行われる段階を表したものである。（ｃ）は、露光後の加熱処理により、凹面部となった段階を表したものである。
【図９】（ａ）は、オーバーコート層全面に透明導電膜が形成された段階を表したものである。（ｂ）は、上方に近接露光のギャップを設けてフォトマスクが配置されている。（ｃ）は、第一柱状スペーサー、第二柱状スペーサーの台形状を表している。
【図１０】オーバーコート層の断面を測定した結果の説明図である。
【図１１】オーバーコート層用の塗膜を形成する前の段階での下地を表したものである。
【発明を実施するための形態】
【００４９】
以下に、本発明を、その実施の形態に基づいて詳細に説明する。
本発明における、凹面部を有する下地層、或いは保護層（オーバーコート層）の形成に用いる樹脂組成物は、例えば、熱硬化性樹脂に少なくとも感光性樹脂（感光性樹脂組成物）を含有させた樹脂組成物である。この樹脂組成物は熱硬化性と光硬化性を有している。
熱硬化性樹脂は、加熱前には高分子ではなく、加熱に伴い重合が起き網目状の高分子となる。また、感光性樹脂は一般に、紫外線を照射すると、その溶解性、粘度、弾性率、透明度、屈折率、電導度、イオン透過性などの諸物性が変化する。
【００５０】
紫外線を照射する前後の、これら物性の変化、特に溶解性の差を利用し、感光性樹脂は広範な分野で用いられている。本発明者は、感光性樹脂が紫外線を照射する前後によって変化する物性として、上記諸物性以外の、加熱による熱収縮性の変化に着目し、本発明を達成するに至った。
【００５１】
本発明における樹脂組成物の塗膜に紫外線を照射することにより、塗膜中の感光性樹脂は、加熱による熱収縮性に変化をもたらされたものとなる。この塗膜を加熱すると、紫外線を照射していない塗膜に比較して、極めて大きな熱収縮をする。また、塗膜中の熱硬化性樹脂は、加熱に伴う重合により硬化する。
上記紫外線の照射時に、パターンが設けられたフォトマスクを介することによって、塗膜にはパターン状に熱収縮の差、つまり、塗膜面にはパターン状に高低差（凹面部）が形成される。
【００５２】
図８、及び図９は、本発明による柱状スペーサー付きカラーフィルタの製造方法の一例を説明する断面図である。図８は、下地層としての保護層（オーバーコート層）に凹面部を設ける工程を説明するものであり、図９は、凹面部が設けられた保護層（オーバーコート層）の上面及び凹面部に、柱状スペーサーを形成する工程を説明するものである。
【００５３】
図８（ａ）は、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）が順次に形成されたガラス基板（４０）上に、オーバーコート層用の塗膜（７０）が形成された段階を表したものである。この塗膜（７０）の形成には、熱硬化性と光硬化性を有する樹脂組成物が用いられている。
【００５４】
図８（ｂ）は、オーバーコート層用の塗膜（７０）にフォトマスクを介した露光が行われる段階を表したものである。図８（ｂ）に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にオーバーコート層用の塗膜（７０）が形成され、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けてフォトマスク（ＰＭ４）が配置されている。
フォトマスク（ＰＭ４）には、凹面部（７０Ｂ）の形成に対応したパターン（開口部）（５４）が形成されている。フォトマスクの膜面（５１）はオーバーコート層用の塗膜（７０）に対向している。
【００５５】
フォトマスク（ＰＭ４）の上方からの露光光（Ｅ）は、フォトマスクの開口部（５４）を経てオーバーコート層用の塗膜（７０）に照射される。この露光光（Ｅ）の照射によって、この部位の塗膜は、加熱による熱収縮性に変化がもたらされたものとなる。
図８（ｂ）には、加熱による熱収縮によって形成される凹面部（７０Ｂ）が点線で示されている。
【００５６】
図８（ｃ）は、露光後の加熱処理により、露光光の照射が与えられた塗膜の部位が、熱収縮し凹面部（７０Ｂ）となった段階を表したものである。図８（ｃ）に示すように、着色画素（４２）上に設けられたオーバーコート層（７０’）の、露光光の照射が与えられた部位には、凹面部（７０Ｂ）が形成されている。
図８（ｃ）中、符号（ΔＨ４）は、オーバーコート層（７０’）の上面（７０Ａ）と凹面部（７０Ｂ）の段差を表している。また、符号（Ｗ１４）は、凹面部（７０Ｂ）の幅を表しており、後に形成される柱状スペーサーの幅（Ｗ１２）より大きな幅のものである（Ｗ１４＞Ｗ１２）。
【００５７】
図９は、凹面部（７０Ｂ）が設けられたオーバーコート層（７０’）の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成する工程を説明するものである。
【００５８】
図９（ａ）は、図８（ｃ）に示す、凹面部が設けられたオーバーコート層（７０’）の全面に透明導電膜（４３）が一様に形成された段階を表したものである。図９（ｂ）に示すように、ブラックマトリックス（４１）、着色画素（４２）、凹面部を有するオーバーコート層（７０’）、及び透明導電膜（４３）が順次に形成されたガラス基板（４０）上にフォトレジスト層（６０）が形成され、その上方には近接露光のギャップ（Ｇ）を設けてフォトマスク（ＰＭ５）が配置されている。
【００５９】
フォトマスク（ＰＭ５）には、透明導電膜（４３）を介し上面（７０Ａ）上に形成される柱状スペーサーに対応したパターン（開口部）、及び凹面部（７０Ｂ）上に形成される柱状スペーサーに対応したパターン（開口部）が各々形成されている。フォトマスクの膜面（５１）はフォトレジスト層（６０）に対向している。図９（ｂ）は、ネガ型のフォト
レジストが用いられた例である。
上面（７０Ａ）上に形成される柱状スペーサー（第一柱状スペーサー）（ＣＳ−１ｅ）の幅（Ｗ１１）と、凹面部（７０Ｂ）上に形成される柱状スペーサー（第二柱状スペーサー）（ＣＳ−２ｅ）の幅（Ｗ１２）は略同一である。第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の高さ（Ｈ１１）と、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｅ）の高さ（Ｈ１２）は略同一である。。
【００６０】
フォトマスク（ＰＭ５）上の、第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ１１）は、形成される第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の幅と略同一である。
また、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｅ）の形成に対応したパターン（開口部）の幅（Ｗ１２）は、形成される第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｅ）の幅と略同一である。
【００６１】
フォトマスク（ＰＭ５）の上方からの露光光（Ｅ）は、フォトマスクの開口部を経てフォトレジスト層（６０）に照射される。第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の形成に対応した開口部では、近接露光のギャップ（Ｇ）が充分にあると、照射される光は、開口部の下方のフォトレジスト層（６０）部分のみでなく、開口部端での回折により、フォトマスクの遮光部の下方にも達し、開口部端での光強度はその分だけ弱まり、図９（ｃ）に示すように、現像後の第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の形状は台形状となる。また第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｅ）の形状も台形状となる。第一柱状スペーサー及び第二柱状スペーサーは、同一高さ（Ｈ１１＝Ｈ１２）、同一幅（Ｗ１１＝Ｗ１２）を有するものとなる。
【００６２】
従って、現像後の第一柱状スペーサー（ＣＳ−１ｅ）の上端部と、第二柱状スペーサー（ＣＳ−２ｅ）の上端部では、オーバーコート層（７０’）の上面（７０Ａ）と凹面部（７０Ｂ）の段差（ΔＨ４）に応じた高低差（ΔＨ５）が生じたものとなる（ΔＨ５≒ΔＨ４）。
【００６３】
具体的に、オーバーコート層用の塗膜を形成する材料として透明レジストである、大阪有機（株）製：ＷＡ１２５（品番）を用い膜厚５μｍの塗膜を形成し、フォトマスクとして凹面部の形成に対応した開口部が設けられた単純な構造のフォトマスクを用い、露光はギャップを２００μｍとした近接露光を用い、露光量は３６０ｍＪ／ｃｍ2 を与え、また、加熱処理は２３０℃・４４分を与え、オーバーコート層の上面と凹面部に段差を形成する試みを行ってみた。
【００６４】
得られたオーバーコート層の上面と凹面部の段差は、０．２５μｍであった。図１０は、得られたオーバーコート層の断面を測定した結果を示したものである。図１０中、横軸は、下地の第１軸（前記図１におけるＸ軸に相当）方向であり、縦軸は、上面と凹面部の段差を表している。なお、図１０中、横軸０．０２〜０．０４ｍｍの位置に１０μｍ程度の段差が現れているが、この段差は、この試みの工程における誤差である。
【００６５】
また、図１１は、オーバーコート層用の塗膜を形成する前の段階での下地を表したものであり、下地の表面は平坦であったことが示されている。
また、図１０に示す試みは、オーバーコート層用の塗膜の膜厚を５μｍとしたものであるが、この塗膜の膜厚を調整することによって、オーバーコート層の上面と凹面部の段差量を調節することが可能である。
【００６６】
上述のように、本発明は、柱状スペーサーを形成する下地層、或いはオーバーコート層に凹面部が設けられており、この下地層、或いはオーバーコート層の上面及び凹面部に、同一材料を用い、同一高さの柱状スペーサーを同時に形成するので、形成された柱状スペ
ーサーは、その上端部で、下地層、或いはオーバーコート層の上面と凹面部の段差に応じた高低差を有する２種の柱状スペーサー（第一柱状スペーサー、第二柱状スペーサー）となる。
【００６７】
この際、２種の柱状スペーサーの形成、特に、第二柱状スペーサーの形成に対応したフォトマスク上の開口部は、前記第一の方法における幅を狭くした開口部、第二の方法における微細パターン（グレートーン）開口部、第三の方法におけるハーフトーン開口部の、いずれでもなく、第一柱状スペーサーの形成に対応したフォトマスク上の開口部と同一の開口部であるので、第二柱状スペーサーは安定した柱状スペーサーとなり、２種の柱状スペーサーは、その上端部での高低差が安定したものとなる。
従って、本発明による２種の柱状スペーサーによって、前記第一の方法〜第三の方法における諸問題は解決される。
【符号の説明】
【００６８】
４０・・・ガラス基板
４１・・・ブラックマトリックス
４２・・・着色画素
４３・・・透明導電膜
５１・・・フォトマスクの膜面
５２・・・微細パターン（グレートーン）
５３・・・ハーフートーン
５４・・・開口部
６０・・・フォトレジスト層
７０・・・オーバーコート層用の塗膜
７０Ａ・・・上面
７０Ｂ・・・凹面部
７０’・・・オーバーコート層
ＣＳ−１、ＣＳ−１ｂ、ＣＳ−１ｃ、ＣＳ−１ｄ・・・第一柱状スペーサー
ＣＳ−２、ＣＳ−２ｂ、ＣＳ−２ｃ、ＣＳ−２ｄ・・・第二柱状スペーサー
ＣＳ−１ｅ・・・本発明における第一柱状スペーサー
ＣＳ−２ｅ・・・本発明における第二柱状スペーサー
Ｅ・・・露光光
Ｇ・・・近接露光のギャップ
Ｈ１１・・・本発明における第一柱状スペーサーの高さ
Ｈ１２・・・本発明における第二柱状スペーサーの高さ
Ｐ１・・・第一色目のドットパターン
Ｐ２・・・第二色目のドットパターン
Ｐ３・・・第三色目のドットパターン
ＰＭ１〜ＰＭ３・・・フォトマスク
ＰＭ４〜ＰＭ５・・・本発明におけるフォトマスク
ＳＣＳ−１・・・第一積層柱状スペーサー
ＳＣＳ−２・・・第二積層柱状スペーサー
Ｗ１、Ｗ３、Ｗ５、Ｗ７・・・第一柱状スペーサーの幅
Ｗ４、Ｗ６、Ｗ８・・・第二柱状スペーサーの幅
Ｗ１１・・・上面上に形成される第一柱状スペーサーの幅
Ｗ１２・・・凹面部上に形成される第二柱状スペーサーの幅
Ｗ１４・・・本発明における凹面部の幅
ΔＨ・・・図３の第一柱状スペーサーと第二柱状スペーサーの高さの差
ΔＨ２・・・図４の第一積層柱状スペーサーと第二積層柱状スペーサーの高さの差
ΔＨ３・・・図６の第一柱状スペーサーと第二柱状スペーサーの高さの差
ΔＨ４・・・図８のオーバーコート層の上面と凹面部の段差
ΔＨ５・・・図９の第一柱状スペーサーと第二柱状スペーサー高低差
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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